養豚排水からの新規リン回収技術の開発

• 研究課題/領域番号: 23K23749
• 補助金の研究課題番号: 22H02484 (2022-2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2022-2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分41050:環境農学関連
• 研究機関: 国土技術政策総合研究所 (2024); 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 (2022-2023)
• 研究代表者: 藤井 彩子 国土技術政策総合研究所, 上下水道研究部, 研究官 (40896172)
• 研究分担者: 和木 美代子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門, 上級研究員 (10355092)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2025年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2024年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2023年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: リン回収技術 / 養豚排水 / MAP / HAP / リン回収 / リン酸マグネシウムアンモニウム / ヒドロキシアパタイト

研究開始時の研究の概要

我が国はリンを輸入に依存している。一方、環境水中に放出されたリンは水質汚濁や温室効果ガス増加の一因となっている。
下水処理では専門家の維持・管理付きリン回収技術が確立されているが、養豚排水は個々の養豚農家が維持・管理をする必要があり劇薬を使わず手頃な価格の装置であることが普及に必須で、その技術はまだ確立されていない。
また、養豚排水はリンを多量に含んでおり、これを塩基性にすることで純度の高いリン結晶を回収できる可能性が高いので、養豚排水からのリンの析出化に最適な資材の組み合わせや手法を開発し、効率的にリンの資源化と排水中のリン濃度を水質基準値以下にすることを目指す。

研究実績の概要

養豚排水中からのリン除去手法の基礎的検討として（Step1）、養豚排水の活性汚泥処理水を３施設から４サンプル採取し試験を行った。採取したサンプルの水質分析の結果、全リン濃度は13-47 mg/L、リン酸態リン濃度は10-42 mg/L の範囲であり、いずれのサンプルも水質汚濁防止法の排水基準（日間平均 全リン8mg/L）よりも高い値であった（なお調査施設は当該法律の適用対象範囲では無い）。また、リン酸マグネシウムアンモニウム（MAP）やヒドロキシアパタイト（HAP）を形成するのに必要な、マグネシウムイオンおよびカルシウムイオンとリン酸態リンのモル比はそれぞれ、0.5-2.9 および0.8-4.8 であり、活性汚泥の一次処理に凝集剤を使用している施設において比率が高い傾向があった。
ラボスケールのバッチ試験において、サンプルを曝気することで炭酸イオンを除去しpHを上昇させる手法での結晶体でのリン除去を試みた。その結果、曝気のみでは排水基準を遵守できるレベルまでリン濃度を低減化させることはできなかったが、曝気に加えて塩化カルシウムを加えることで、４サンプル中３サンプルで排水基準以下の濃度にできることを確認した。
さらに、同様のバッチ試験において、水酸化ナトリウムおよび水酸化カルシウムを加えてｐHを上昇させることでも、それぞれ、４サンプル中３サンプル、４サンプル中４サンプルで排水基準がクリアできることを確認した。いずれの反応においても、HAP生成によるリン濃度の低減化が主体の反応であると推測され、pHの上昇とカルシウムの供給が可能な水酸化カルシウムがリン除去には最も有望であると考えられた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究課題は、計画通りに進行している。

今後の研究の推進方策

R4年度はラボスケールのバッチ試験において、養豚排水の活性汚泥処理水中のリン濃度を排水基準以下まで低減化させる条件を明らかにした。R5年度はR4年度に明らかになった条件を用いて、ラボスケールの連続処理のリアクターを運転する計画である。家畜防疫の理由から、連続処理に使用する実排水を大量に入手することが困難であるため、R4年度の水質測定結果を基に合成排水を準備し、連続処理に供する予定である。